JP2008521248A - 窒化物ベースのトランジスタ及びトランジスタ構造体のキャップ層及び/又は不活性層並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1A及び図1Bは、本発明に係るIII族窒化物高電子移動度トランジスタの一実施形態を説明するための断面概略図で、キャップ層24、24’を有するIII族窒化物高電子移動度トランジスタを示す図である。
Claims (111)
- III族窒化物ベースのチャネル層と、
該チャネル層上に設けられたIII族窒化物ベースのバリア層と、
該バリア層上に設けられた不均一組成AlGaNベースのキャップ層とを備え、
該キャップ層が、前記バリア層から遠い方の前記キャップ層の表面付近に、前記AlGaNベースのキャップ層内の領域に存在するよりも高い濃度のAlを有することを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。 - 前記AlGaNベースのキャップ層の中へ入り込んでいるゲートコンタクトをさらに備え、前記高濃度のAlが前記キャップ層の中へ約30Åから約1000Åまで延在することを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlGaNベースのキャップ層の中へ入り込んでいないゲートコンタクトを前記AlGaNベースのキャップ層上にさらに備え、前記高濃度のAlが前記キャップ層の中へ約2.5Åから約100Åまで延在することを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlGaNベースのキャップ層は、前記バリア層から遠い方の前記キャップ層の前記表面付近にAlxGa1-xN(ただしx≦1)からなる第1の領域と、前記AlGaNベースのキャップ層内にAlyGa1-yN(ただしy<1、y<x)からなる第2の領域とを含むことを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- xは約0.3から約1、yは約0.2から約0.9であることを特徴とする請求項4に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlGaNベースのキャップ層は、前記バリア層と前記AlGaNベースのキャップ層との間の境界面にAlzGa1-zN(ただし、z<1、z≠y)からなる第3の領域をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- z>yであることを特徴とする請求項6に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- z>xであることを特徴とする請求項7に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- z≦xであることを特徴とする請求項6に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記チャネル層はGaN層を備え、前記バリア層はAlGaN層を備え、前記キャップ層はAlGaN層を備えることを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- III族窒化物ベースのチャネル層と、
該チャネル層上に設けられたIII族窒化物ベースのバリア層と、
該バリア層上に設けられたIII族窒化物ベースのキャップ層とを備え、
前記キャップ層が、前記バリア層から遠い方の前記キャップ層の表面付近にドープ領域を有することを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。 - 前記ドープ領域は、n型ドーパントでドープされた領域を含むことを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記n型ドーパントは、Si、Ge、及び/又はOを含むことを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいないゲートコンタクトを前記キャップ層上にさらに備え、前記ドープ領域が前記キャップ層の中へ約2.5Åから約50Åまで延在することを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいるゲートコンタクトをさらに備え、前記ドープ領域が前記キャップ層の中へ約20Åから約5000Åまで延在することを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、約1018から約1021cm-3のドーパント濃度をもたらすことを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、前記キャップ層の前記表面又は前記表面近くに1つ又は複数のデルタドープ領域を含むことを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記1つ又は複数のデルタドープ領域は、約1011から約1015cm-2のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項17に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記n型ドーパントはOを含み、前記ドープ領域は、前記キャップ層の中へ約20Å延在することを特徴とする請求項12に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、p型ドーパントでドープされた領域を含むことを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいないゲートコンタクトを前記キャップ層上にさらに備え、前記ドープ領域は、前記キャップ層の中へ約2.5Åから約50Åまで延在することを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいるゲートコンタクトをさらに備え、前記ドープ領域は、前記キャップ層の中へ約30Åから約5000Åまで延在することを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記p型ドーパントは、約1016から約1022cm-3のドーパント濃度を与えることを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記p型ドーパントは、Mg、Be、Zn、Ca、及び/又はCを含むことを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、1つ又は複数のデルタドープ領域を前記キャップ層の前記表面又は前記表面近くに含むことを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記デルタドープ領域は、約1011から約1015cm-2のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項25に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層内に設けられた凹部と、
該凹部内に、前記キャップ層と直接に接触していないゲートコンタクトとをさらに備え、前記p型ドーパントのレベルは、前記キャップ層内に伝導領域をもたらすことを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。 - 前記凹部の側壁上に絶縁層をさらに備え、前記ゲートコンタクトは、前記凹部内の前記絶縁層上にあることを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、前記キャップ層とp−n接合を形成し、前記ゲートコンタクトは、前記ドープ領域の直上にあることを特徴とする請求項20に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は、深いレベルのドーパントでドープした領域を含むことを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいないゲートコンタクトを前記キャップ層上にさらに備え、前記ドープ領域は、前記キャップ層の中へ約2.5Åから約100Åまで延在することを特徴とする請求項30に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層の中へ入り込んでいるゲートコンタクトをさらに備え、前記ドープ領域は、前記キャップ層の中へ約30Åから約5000Åまで延在することを特徴とする請求項30に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記深いレベルのドーパントは、約1016から約1022cm-3のドーパント濃度を与えることを特徴とする請求項30に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記深いレベルのドーパントは、Fe、C、V、Cr、Mn、Ni、Co及び/又は他の希土類元素を含むことを特徴とする請求項30に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ドープ領域は第1のドープ領域を含み、前記キャップ層は、前記バリア層と前記第1のドープ領域の間に第2のドープ領域をさらに含み、前記第2のドープ領域のドーパント濃度は、前記第1のドープ領域のドーパント濃度よりも少ないことを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記第2のドープ領域は、前記キャップ層の、前記第1のドープ領域内ではない残りの部分を含むことを特徴とする請求項35に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記キャップ層は、n型ドーパントとp型ドーパント及び深いレベルのドーパントのうち少なくとも2つでドープされることを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記チャネル層はGaN層を含み、前記バリア層はAlGaN層を含み、前記キャップ層はGaN層又はAlGaN層を含むことを特徴とする請求項11に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- III族窒化物ベースのチャネル層を形成するステップと、
該チャネル層上にIII族窒化物ベースのバリア層を形成するステップと、
該バリア層上に不均一組成AlGaNベースのキャップ層を形成するステップとを含み、
前記キャップ層が、前記バリア層から遠い方の前記キャップ層の表面に、前記AlGaNベースのキャップ層内の領域に存在するよりも高い濃度のAlを有することを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記不均一組成AlGaNベースのキャップ層を形成するステップは、
前記キャップ層の前記表面付近にAlxGa1-xN(ただしx≦1)からなる第1の領域形成するステップと、
前記AlGaNベースのキャップ層内にAlyGa1-yN(ただしy<1、y<x)からなる第2の領域を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項39に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。 - III族窒化物ベースのチャネル層を形成するステップと、
該チャネル層上にIII族窒化物ベースのバリア層を形成するステップと、
該バリア層上にIII族窒化物ベースのキャップ層を形成するステップとを含み、
該キャップ層が、前記バリア層から遠い方の前記キャップ層の表面付近にドープ領域を有することを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記ドープ領域は、n型ドーパントとp型ドーパント及び/又は深いレベルのドーパントでドープされることを特徴とする請求項41に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 広バンドギャップ半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上に、黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップを含むことを特徴とする広バンドギャップ半導体デバイスの表面を不活性化するIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記広バンドギャップ半導体デバイスは、III族窒化物半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記広バンドギャップ半導体デバイスは、GaNベースの半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記広バンドギャップ半導体デバイスは、III族窒化物高電子移動度トランジスタを含むことを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップは、前記広バンドギャップ半導体デバイス中の広バンドギャップ半導体材料の分解温度未満の温度で実施されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップは、約1100℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップは、約1000℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップは、約900℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記BN層は、非単結晶になるように形成されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層は、約3Åから約1μmの厚さに形成されることを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記黒鉛状及び/又は非晶質BN層を形成するステップは、キャリアガスと共にTEB及びNH3を流すステップを含むことを特徴とする請求項43に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 広バンドギャップ半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上に、黒鉛状及び/又は非晶質BNの層を含むことを特徴とする広バンドギャップ半導体デバイスの不活性構造体。
- 前記広バンドギャップ半導体デバイスは、III族窒化物半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項54に記載の不活性構造体。
- III族窒化物半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上にSiC層を形成するステップを含むことを特徴とするIII族窒化物半導体デバイスの表面不活性化方法。
- 前記III族窒化物半導体デバイスは、GaNベースの半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項56の表面不活性化方法。
- 前記III族窒化物半導体デバイスは、III族窒化物高電子移動度トランジスタを含むことを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層を形成するステップは、前記III族窒化物半導体デバイス中のIII族窒化物半導体材料の分解温度未満の温度で実施されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層を形成するステップは、約1100℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層を形成するステップは、約1000℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層を形成するステップは、約900℃未満の温度で実施されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層は、非単結晶になるように形成されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層を形成するステップは、3C SiC層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層は、約3Åから約1μmの厚さに形成されることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層は、p型SiCであることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- 前記SiC層は、絶縁SiCであることを特徴とする請求項56に記載の表面不活性化方法。
- III族窒化物半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上にSiCの層を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体。
- 前記III族窒化物半導体デバイスは、GaNベースの半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項68に記載の不活性構造体。
- 前記SiC層は、p型SiCであることを特徴とする請求項68に記載の不活性構造体。
- 前記SiC層は、絶縁SiCであることを特徴とする請求項68に記載の不活性構造体。
- III族窒化物半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上に直接に不活性層を形成するステップと、
前記不活性層を酸素含有環境中でアニールするステップとを含むことを特徴とするIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。 - 前記不活性層は、SiN及び/又はMgNを含むことを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記不活性層は、BN及び/又はSiCを含むことを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記不活性層は、SiO2、MgO、Al2O3、Sc2O3、及び/又はAlNを含むことを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記アニールするステップは、約100℃から約1100℃の温度で、約10秒から約1時間の間実施されることを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記酸素含有環境は、O2、O3、CO2、CO、N2O、D2O、及び/又はNOを含むことを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記アニールするステップは、前記不活性層の下の構造体を酸化するには不十分であるが前記不活性層から少なくとも一部の水素を除去するには十分なある温度及び時間で実施されることを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記III族窒化物半導体材料は、GaNベースの材料を含むことを特徴とする請求項72に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- III族窒化物半導体材料からなる領域の表面の少なくとも一部分上に直接に不活性層を形成するステップと、
前記不活性層をD2及び/又はD2O中でアニールするステップとを含むことを特徴とするIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。 - 前記不活性層は、SiN及び/又はMgNを含むことを特徴とする請求項80に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記不活性層は、BN及び/又はSiCを含むことを特徴とする請求項80に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記不活性層は、SiO2、MgO、Al2O3、Sc2O3、及び/又はAlNを含むことを特徴とする請求項80に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記アニールするステップは、前記不活性層の下の構造体を酸化するには不十分であるが前記不活性層から少なくとも一部の水素を除去するには十分な、あるいは前記不活性層中の少なくとも一部の水素を重水素で置換するには十分なある温度及び時間で実施されることを特徴とする請求項80に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- 前記III族窒化物半導体材料は、GaNベースの材料を含むことを特徴とする請求項80に記載のIII族窒化物半導体デバイスの不活性構造体の製造方法。
- III族窒化物ベースのチャネル層と、
該チャネル層上に設けられたIII族窒化物ベースのバリア層と、
該バリア層上に設けられたAlNキャップ層と
を備えることを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。 - 前記AlNキャップ層の中へ入り込んでいるゲートコンタクトをさらに備え、前記AlNキャップ層は、約10Åから約5000Åの厚さを有することを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlNキャップ層の中へ入り込んでいないゲートコンタクトを前記AlNキャップ層上にさらに備え、前記AlNキャップ層は、約2Åから約50Åの厚さを有することを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記チャネル層はGaN層を含み、前記バリア層はAlGaN層を含むことを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlNキャップ層と前記バリア層の間に配置された少なくとも1つのIII族窒化物層をさらに備えることを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlNキャップ層は、非単結晶であることを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記AlNキャップ層の結晶構造は、前記AlNキャップ層がその上に形成される層の結晶構造とコヒーレントではないことを特徴とする請求項86に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- III族窒化物ベースのチャネル層を形成するステップと、
該チャネル層上にIII族窒化物ベースのバリア層を形成するステップと、
該バリア層上にAlNキャップ層を形成するステップと
を含むことを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。 - III族窒化物ベースのチャネル層と、
該チャネル層上に設けられたIII族窒化物ベースのバリア層と、
該バリア層上に設けられた保護層と、
該バリア層上に設けられたゲートコンタクトと、
前記保護層上に設けられたオーミックコンタクトと
を備えることを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。 - 前記保護層は、SiNを含むことを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、BNを含むことを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、MgNを含むことを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、SiO2、MgO、Al2O3、Sc2O3、及び/又はAlNを含むことを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、約1単分子層の厚さを有することを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、多層を含むことを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記多層は、SiNの層及びAlNの層を含むことを特徴とする請求項100に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記保護層は、約1Åから約10Åの厚さを有することを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記ゲートコンタクトは、前記保護層上にあることを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- 前記オーミックコンタクトは、前記保護層の直上にあることを特徴とする請求項94に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタ。
- III族窒化物ベースのチャネル層を形成するステップと、
該チャネル層上にIII族窒化物ベースのバリア層を形成するステップと、
該バリア層上に保護層を形成するステップと、
前記バリア層上にゲートコンタクトを形成するステップと、
前記保護層上にオーミックコンタクトを形成するステップと
を含むことを特徴とするIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記保護層を形成するステップは、前記バリア層を形成する前記ステップと共に本来の場所で実施されることを特徴とする請求項105に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記保護層を形成するステップは、SiN、BN、及び/又はMgNを含む層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項105に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記保護層は、約1単分子層の厚さに形成されることを特徴とする請求項105に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記保護層を形成するステップは、多層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項105に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記多層を形成するステップは、SiNの層を形成するステップと、AlNの層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項109に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記保護層は、約1Åから約10Åの厚さに形成されることを特徴とする請求項105に記載のIII族窒化物高電子移動度トランジスタの製造方法。
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